opleiding duurzame gebouwen - leefmilieu brussel · opleiding duurzame gebouwen: warmtepomp:...
TRANSCRIPT
OPLEIDING
DUURZAME GEBOUWEN
Hans HOES
Dimensionering en integratie
van geothermische warmtepompinstallaties
WARMTEPOMP:
ONTWERP
HERFST 2017
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INHOUDSOPGAVE2
INTRODUCTIE
ZINVOL TOEPASSEN VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Randvoorwaarden
N Haalbaarheidsaspecten
ONTWERP VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Vooronderzoek
N Stappenplan
AANDACHTSPUNTEN
N Impact op milieu
N Energiebalans in de bodem
N Energiebehoefteprofiel
INTEGRATIEVOORSCHRIFTEN
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
DOELSTELLINGEN VAN DE PRESENTATIE3
N Het doel van deze presentatie is om toelichting te geven bij het
ontwerp van geothermische warmtepompsystemen.
N Het betreft het dimensioneren van open of gesloten
bronsystemen en de integratie in de HVAC-installatie.
N Het gebouw van BIM/IBGE Brussel fungeert hierbij als case-
studie.
N Deze presentatie gaat over geothermische opwekking van
warmte en koude, niet over de verdeling van deze energie in
het gebouw.
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INHOUDSOPGAVE4
INTRODUCTIE
ZINVOL TOEPASSEN VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Randvoorwaarden
N Haalbaarheidsaspecten
ONTWERP VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Vooronderzoek
N Stappenplan
AANDACHTSPUNTEN
N Impact op milieu
N Energiebalans in de bodem
N Energiebehoefteprofiel
INTEGRATIEVOORSCHRIFTEN
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
RANDVOORWAARDEN VOOR TOEPASSING ONDIEPE GEOTHERMIE5
Geologische omstandigheden
N Open systemen
• Aanwezigheid van aquifers
• Voldoende grote doorlatendheid
• Geringe grondwaterstroming
N Gesloten systemen
• Goed boorbare sedimenten
• Aanvaardbare geleidbaarheid van de bodem
Aangepaste afgiftesystemen in het gebouw
N Lage Temperatuur Verwarming
N Hoge Temperatuur Koeling
Ruimte om geothermisch systeem te plaatsen
N Naast of onder gebouw
N Soms moeilijk bij renovatie of in stadskernen
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
HAALBAARHEIDSFACTOREN6
Open versus gesloten geothermische systemen
N Open systemen
• Capaciteit per bronpaar (m3/h onttrekking én injectie)
• Booromstandigheden
N Gesloten systemen
• Capaciteit per boring (geleidbaarheid / haalbare dieptes)
• booromstandigheden
Projectgrootte (schaaleffect)
N Open systemen niet rendabel < 75 kW
N Grotere systemen zijn steeds interessanter
Energiebehoefte
N Verwarming en/of koeling
N Toepassing passieve koeling zéér gunstig
Energieprijzen
N Verhouding elektriciteits- / gasprijs
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INHOUDSOPGAVE7
INTRODUCTIE
ZINVOL TOEPASSEN VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Randvoorwaarden
N Haalbaarheidsaspecten
ONTWERP VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Vooronderzoek
N Stappenplan
AANDACHTSPUNTEN
N Impact op milieu
N Energiebalans in de bodem
N Energiebehoefteprofiel
INTEGRATIEVOORSCHRIFTEN
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
VOORONDERZOEK8
Open systemen : proefboring
N Uitvoering boring + plaatsen filter in te onderzoeken aquifer
N Pompproef gedurende langere tijd met peilmeting
N Recovery-proef met peilmeting
N Analyse van de resultaten met inschatting geohydrologische parameters
Gesloten systemen : TRT test
N Plaatsing verticale sonde onder reële omstandigheden
N Aansluiting TRT meetwagen (thermische respons test)
N Warmte-injectie gedurende minimaal 60 uren
N Analyse van temperatuurrespons met inschatting -waarde bodem
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
STAPPENPLAN9
Geologische analyse
N Kenmerken samenstelling ondergrond (< 200 m)
• Geohydrologische karakteristieken
• Thermische karakteristieken
• Diepteligging aquifers (open systemen)
• Haalbare boordieptes (gesloten systemen)
N Waterwinningen / bodemverontreiniging
N Wetgeving / vergunning
Energetische analyse van de toepassing
N Benodigde piekvermogens verwarming / koeling
N Jaarbehoefte verwarming / koeling
-500,0000
-450,0000
-400,0000
-350,0000
-300,0000
-250,0000
-200,0000
-150,0000
-100,0000
-50,0000
-
50,0000
100,0000
150,0000
200,0000
250,0000
300,0000
350,0000
400,0000
450,0000
500,0000
550,0000
1
169
337
505
673
841
100
9
117
7
1345
151
3
168
1
184
9
201
7
218
5
235
3
252
1
268
9
285
7
302
5
319
3
336
1
352
9
369
7
386
5
403
3
420
1
436
9
453
7
4705
487
3
504
1
520
9
537
7
554
5
571
3
588
1
604
9
621
7
638
5
655
3
672
1
688
9
705
7
722
5
739
3
756
1
772
9
789
7
8065
823
3
840
1
856
9
873
7
Totale Koel- en warmtevraag
Total Cooling kW Zone Heating kW
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
STAPPENPLAN10
Selectie geothermisch concept
N Gewenste functionaliteiten
• Enkel verwarming
• Verwarming en koeling (nooit gelijktijdig)
• Verwarming en koeling (gelijktijdig)
• Passieve en/of actieve koeling
N Keuze warmtepompsysteem
N Keuze geothermische systeemdetails
Geothermisch detailontwerp
N Open systemen
• Geohydrologische simulaties
• Bronontwerp (diameter, filterstelling, onderlinge bronafstand,...)
• Ontwerp warmtewisselaar
• Dimensionering installatiecomponenten
N Gesloten sytemen
• Dynamische simulaties
• Vastleggen installatieparameters (boordiepte, sondetype, afstand,...)
• Dimensionering installatiecomponenten
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL11
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL12
Zonnepanelen
Daglicht-optimalisatie
Atrium als buffer
Betonkernactivering
Geothermie
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : GEOLOGIE13
Kwartair(aanvulling/zand/klei/stenen)
Formatie van Brussel (grijs zand)
0 m-MV
25 m-MV
58 m-MV
Formatie van Tielt (siltig zand, klei)
18 m-MV
Formatie van Kortrijk(zware klei)
Formatie van Hannut(grijs zand - Zand van Grandglise)(versteende klei - Lid van Lincent)
Formatie van Heers / Maastricht(mergels - krijt)
32 m-MV
85 m-MV
Grandglise
Lincent
Geschikt voor KWO :
• K 2 m/d
• D 15 m (2 x 7,5 m)
• 12 m3/h per bron
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : ENERGIEBEHOEFTE14
450 kW koeling
250 kW passief
200 kW actief
260 MWh/jaar
265 kW verwarming
265 kW warmtepomp
350 MWh/jaar
4 bronparen van 12 m3/h
1 warmtepomp 265 kW
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN15
Status 0 Rust
Volledige installatie inactief, maar:
DRUKHANDHAVING houdt grondwatercircuit in
overdruk, om ontgassing/vlokvorming te
voorkomen.
DRUKHANDHAVING geschiedt via bronpompen
en injectieventielen.
Warmtevraag = 0
Koudevraag = 0
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN16
Status 0 Rust Warmtevraag = 0
Koudevraag = 0
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN17
Warmtevraag = 1
Koudevraag = 0
Status 1 Verwarmen
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN18
Warmtevraag = 1
Koudevraag = 0
Status 1 Verwarmen Warmtepomp wordt vrijgegeven om buffer
warm op te warmen tot de gevraagde
temperatuur
KWO pompt van warm naar koud
Pomp omkeerschakeling transporteert KWO-
warmte naar de verdamper van de warmtepomp
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN19
Warmtevraag = 0
Koudevraag = 1
Status 2 Vrije koeling
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN20
Warmtevraag = 0
Koudevraag = 1
Status 2 Vrije koelingKoudevraag wordt zoveel mogelijk geleverd
vanuit KWO-systeem, rechtstreeks over de
warmtewisselaar
Warmtepomp draait niet!
KWO pompt van koud naar warm
Pomp omkeerschakeling transporteert KWO-
koude naar de koelcollector van het gebouw
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN21
Status 3 Vrije + mechanische koelingWarmtevraag = 0
Koudevraag = 1
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN22
Warmtevraag = 0
Koudevraag = 1
Status 3 Vrije + mechanische koelingKoudevraag wordt zoveel mogelijk geleverd vanuit
KWO-systeem, maar is onvoldoende. Warmtepomp
levert extra koude.
Warmtepomp draait, koude wordt afgegeven aan
gebouw en warmte wordt afgevoerd naar KWO
KWO pompt van koud naar warm
Pomp omkeerschakeling transporteert KWO-koude
naar de koelcollector van het gebouw
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN23
Status 4 Verwarmen + koelen zomer
Warmtepomp koudegestuurd
Warmtevraag = 1
Koudevraag = 1
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN24
Warmtevraag = 1
Koudevraag = 1
Status 4 Verwarmen + koelen zomerZowel warmte- als koudevraag
vanuit het gebouw, met grotere koude- als warmtevraag
Warmtepomp draait, koude wordt afgegeven aan gebouw
en warmte wordt afgegeven aan buffer warm
KWO pompt van koud naar warm, levert extra koude
Pomp omkeerschakeling transporteert KWO-koude naar
de koelcollector van het gebouw
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN25
Status 5 Verwarmen + koelen winter
Warmtepomp warmtegestuurd
Warmtevraag = 1
Koudevraag = 1
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
ONTWERP BIM/IBGE BRUSSEL : FUNCTIONALITEITEN26
Warmtevraag = 1
Koudevraag = 1
Status 5 Verwarmen + koelen winterZowel warmte- als koudevraag
vanuit het gebouw, met grotere warmte- als koudevraag
Warmtepomp draait, warmte wordt afgegeven aan buffer
warm en koude wordt afgegeven aan gebouw en KWO
KWO pompt van warm naar koud.
Pomp omkeerschakeling transporteert KWO-warmte naar
de verdamper van de warmtepomp
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INHOUDSOPGAVE27
INTRODUCTIE
ZINVOL TOEPASSEN VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Randvoorwaarden
N Haalbaarheidsaspecten
ONTWERP VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Vooronderzoek
N Stappenplan
AANDACHTSPUNTEN
N Impact op milieu
N Energiebalans in de bodem
N Energiebehoefteprofiel
INTEGRATIEVOORSCHRIFTEN
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
AANDACHTSPUNTEN28
Goede energetische analyse van het gebouw is onontbeerlijk
Optimale integratie van geothermische installatie is complex, doch
zeer belangrijk voor een goed eindresultaat (zie volgend item)
Impact op milieu
N Aandacht voor grondwaterkwaliteit
N Aandacht voor verontreiniging
N Aandacht voor boortechnieken
Energetisch balans in de bodem kan niet steeds bereikt worden
N Rekening mee houden bij ontwerp
N Kunstmatige balancering met dry coolers of zonnepanelen
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INHOUDSOPGAVE29
INTRODUCTIE
ZINVOL TOEPASSEN VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Randvoorwaarden
N Haalbaarheidsaspecten
ONTWERP VAN GEOTHERMISCHE WARMTEPOMP
N Vooronderzoek
N Stappenplan
AANDACHTSPUNTEN
N Impact op milieu
N Energiebalans in de bodem
N Energiebehoefteprofiel
INTEGRATIEVOORSCHRIFTEN
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
INTRO TOEPASSING ONTWERP AANDACHTSPUNTEN INTEGRATIE
INTEGRATIE30
Afgifte op geschikte temperatuur
N Lage temperatuur verwarming
N Hoge temperatuur koeling
Hydraulische inpassing
N Zeer performante warmtewisselaars
N Gesloten systemen – glycol
N Open systemen – géén glycol
Gebruik van geschikte warmtepompen
N Géén koelmachines die enkel koudegestuurd zijn
N Performante prestaties (op basis van EN14511)
Bijzonderheden open bronsystemen
N Warme bron moet warm blijven
N Koude bron moet koud blijven
N Goede werking in vollast én in deellast
N Juiste bronbeveiligingen nodig
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
?
31
OPLEIDING DUURZAME GEBOUWEN : WARMTEPOMP: ONTWERP – HERFST 2017
BEDANKT VOOR UW AANDACHT
CONTACT32
Hans HOES
Rauwelkoven 87B
2440 Geel
014/49.99.13